(57)【要約】【課題】駆動周波数を上げることなく高速撮像を実現する。【解決手段】垂直ＣＣＤ１３と水平ＣＣＤ１５との間に、垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５への信号電荷の転送を、撮像エリア１４における水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有するコントロールゲート部１６を設け、水平方向の特定の領域の信号電荷のみを読み出すことで、駆動周波数を上げることなく、高速撮像を実現する。【選択図】図１
2007324622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部で光電変換された信号電荷を読み出す読み出し部と、
前記読み出し部によって前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、
前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備え、
前記水平転送部は、前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって垂直転送された信号電荷を水平転送して前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記転送制御部によって禁止可能な領域は、水平方向の両端部の領域である
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記転送制御部によって禁止可能な領域は、水平方向の全領域の１／２以上である
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記転送制御部によって禁止可能な領域は、水平方向の全領域の２／３以上である
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記転送制御部は、当該転送制御部によって転送阻止されて転送チャネルから溢れた信号電荷を、隣接する垂直転送部の転送チャネルとの間を繋ぐチャネルを通して当該隣接する垂直転送部の転送チャネルに流し込む電荷案内部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記転送制御部は、撮像エリアの横に形成されたドレイン部と、互いに隣接する垂直転送部の転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルからなり、前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を当該オーバーフローチャネルによって前記ドレイン部へ案内する電荷案内部とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記電荷案内部は、前記転送制御部の撮像エリア側に隣接して設けられ、前記水平転送部を駆動する水平転送クロックによって駆動されることにより、前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を前記オーバーフローチャネルにオーバーフローさせる掃き出し電極を有する
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記掃き出し電極は、前記垂直転送部の最終段のゲート電極を構成する層よりも上層において、当該ゲート電極の上を超えて前記水平転送部のトランスファ部の電極と繋がっている
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記転送制御部は、前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間に形成されたドレイン部と、前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルからなり、前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を当該オーバーフローチャネルによって前記ドレイン部に導く電荷案内部とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記ドレイン部は基板からなる
ことを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記ドレイン部は、電源あるいは基板に接続されたコンタクト部からなる
ことを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記電荷案内部は、前記転送制御部の撮像エリア側に隣接して設けられ、前記水平転送部を駆動する水平転送クロックによって駆動されることにより、前記転送阻止部によって転送阻止された信号電荷を前記オーバーフローチャネルにオーバーフローさせる掃き出し電極を有する
ことを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記掃き出し電極は、前記垂直転送部の最終段のゲート電極を構成する層よりも上層において、当該ゲート電極の上を超えて前記水平転送部のトランスファ部の電極と繋がっている
ことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部で光電変換された信号電荷を読み出すとともに、垂直方向の一部の領域の信号電荷のみを選択的に読み出すことが可能な読み出し部と、
前記読み出し部によって前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、
前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備え、
前記水平転送部は、前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって垂直転送された信号電荷を水平転送して前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１５】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部を有する撮像エリアと、
光学的に遮光された複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された電荷を垂直転送する垂直転送部を有し、前記撮像エリアから所定の間隔をもって配されたオプティカルブラックエリアと、
前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備え、
前記水平転送部は、前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって垂直転送された信号電荷を水平転送して前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１６】
前記撮像エリアと前記オプティカルブラックエリアとの間に、前記垂直転送部に対して垂直転送クロックを供給するバスラインが配線されている
ことを特徴とする請求項１５記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記撮像エリアと前記オプティカルブラックエリアとの間に、前記転送制御部に対して制御信号を供給する信号ラインが配線されている
ことを特徴とする請求項１５記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記撮像エリアと前記オプティカルブラックエリアとの間にさらに、前記垂直転送部に対して垂直転送クロックを供給するバスラインが配線されている
ことを特徴とする請求項１７記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記オプティカルブラックエリアは、前記撮像エリアに対して水平転送方向の前側に配されている
ことを特徴とする請求項１５記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部で光電変換された信号電荷を読み出す読み出し部と、
前記読み出し部によって前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、
前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって前記水平転送部に垂直転送された信号電荷を当該水平転送部によって水平転送し、
この水平転送した信号電荷を前記水平転送部の前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２１】
前記転送制御部によって転送阻止され、転送チャネルから溢れた信号電荷を、隣接する垂直転送部の転送チャネルとの間を繋ぐチャネルを通して当該隣接する垂直転送部の転送チャネルに流し込む
ことを特徴とする請求項２０記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２２】
前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を、互いに隣接する垂直転送部の転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルによって撮像エリアの横に形成されたドレイン部へ案内する
ことを特徴とする請求項２０記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２３】
前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を、前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルによって前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間に形成されたドレイン部に導く
ことを特徴とする請求項２０記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２４】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部で光電変換された信号電荷を読み出すとともに、垂直方向の一部の領域の信号電荷のみを選択的に読み出すことが可能な読み出し部と、
前記読み出し部によって前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、
前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって前記水平転送部に垂直転送された信号電荷を当該水平転送部によって水平転送し、
この水平転送した信号電荷を前記水平転送部の前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２５】
前記転送制御部によって転送阻止され、転送チャネルから溢れた信号電荷を、隣接する垂直転送部の転送チャネルとの間を繋ぐチャネルを通して当該隣接する垂直転送部の転送チャネルに流し込む
ことを特徴とする請求項２４記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２６】
前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を、互いに隣接する垂直転送部の転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルによって撮像エリアの横に形成されたドレイン部へ案内する
ことを特徴とする請求項２４記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２７】
前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を、前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルによって前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間に形成されたドレイン部に導く
ことを特徴とする請求項２４記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２８】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部を有する撮像エリアと、
光学的に遮光された複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された電荷を垂直転送する垂直転送部を有し、前記撮像エリアから所定の間隔をもって配されたオプティカルブラックエリアと、
前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備えを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって前記水平転送部に垂直転送された信号電荷を当該水平転送部によって水平転送し、
この水平転送した信号電荷を前記水平転送部の前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２９】
前記転送制御部によって転送阻止され、転送チャネルから溢れた信号電荷を、隣接する垂直転送部の転送チャネルとの間を繋ぐチャネルを通して当該隣接する垂直転送部の転送チャネルに流し込む
ことを特徴とする請求項２８記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３０】
前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を、互いに隣接する垂直転送部の転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルによって撮像エリアの横に形成されたドレイン部へ案内する
ことを特徴とする請求項２８記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３１】
前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を、前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルによって前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間に形成されたドレイン部に導く
ことを特徴とする請求項２８記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３２】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを有し、前記水平転送部が前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって垂直転送された信号電荷を水平転送して前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像エリアに対して入射光を導く光学系と
を備えたことを特徴とするカメラ。
【請求項３３】
前記転送制御部は、当該転送制御部によって転送阻止されて転送チャネルから溢れた信号電荷を、隣接する垂直転送部の転送チャネルとの間を繋ぐチャネルを通して当該隣接する垂直転送部の転送チャネルに流し込む電荷案内部を有する
ことを特徴とする請求項３２記載のカメラ。
【請求項３４】
前記転送制御部は、撮像エリアの横に形成されたドレイン部と、互いに隣接する垂直転送部の転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルからなり、前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を当該オーバーフローチャネルによって前記ドレイン部へ案内する電荷案内部とを有する
ことを特徴とする請求項３２記載のカメラ。
【請求項３５】
前記電荷案内部は、前記転送制御部の撮像エリア側に隣接して設けられ、前記水平転送部を駆動する水平転送クロックによって駆動されることにより、前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を前記オーバーフローチャネルにオーバーフローさせる掃き出し電極を有する
ことを特徴とする請求項３４記載のカメラ。
【請求項３６】
前記掃き出し電極は、前記垂直転送部の最終段のゲート電極を構成する層よりも上層において、当該ゲート電極の上を超えて前記水平転送部のトランスファ部の電極と繋がっている
ことを特徴とする請求項３５記載のカメラ。
【請求項３７】
前記転送制御部は、前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間に形成されたドレイン部と、前記垂直転送部の隣接する転送チャネル間を繋ぐオーバーフローチャネルからなり、前記転送制御部によって転送阻止された信号電荷を当該オーバーフローチャネルによって前記ドレイン部に導く電荷案内部とを有する
ことを特徴とする請求項３５記載のカメラ。
【請求項３８】
前記ドレイン部は基板からなる
ことを特徴とする請求項３７記載のカメラ。
【請求項３９】
前記ドレイン部は、電源あるいは基板に接続されたコンタクト部からなる
ことを特徴とする請求項３７記載のカメラ。
【請求項４０】
前記電荷案内部は、前記転送制御部の撮像エリア側に隣接して設けられ、前記水平転送部を駆動する水平転送クロックによって駆動されることにより、前記転送阻止部によって転送阻止された信号電荷を前記オーバーフローチャネルにオーバーフローさせる掃き出し電極を有する
ことを特徴とする請求項３７記載のカメラ。
【請求項４１】
前記掃き出し電極は、前記垂直転送部の最終段のゲート電極を構成する層よりも上層において、当該ゲート電極の上を超えて前記水平転送部のトランスファ部の電極と繋がっている
ことを特徴とする請求項４０記載のカメラ。
【請求項４２】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部で光電変換された信号電荷を読み出すとともに、垂直方向の一部の領域の信号電荷のみを選択的に読み出すことが可能な読み出し部と、前記読み出し部によって前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを有し、前記水平転送部が前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって垂直転送された信号電荷を水平転送して前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像エリアに対して入射光を導く光学系と
を備えたことを特徴とするカメラ。
【請求項４３】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部を有する撮像エリアと、光学的に遮光された複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された電荷を垂直転送する垂直転送部を有し、前記撮像エリアから所定の間隔をもって配されたオプティカルブラックエリアと、前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを有し、前記水平転送部が前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって垂直転送された信号電荷を水平転送して前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像エリアに対して入射光を導く光学系と
を備えたことを特徴とするカメラ。
【請求項４４】
前記撮像エリアと前記オプティカルブラックエリアとの間に、前記垂直転送部に対して垂直転送クロックを供給するバスラインが配線されている
ことを特徴とする請求項４３記載のカメラ。
【請求項４５】
前記撮像エリアと前記オプティカルブラックエリアとの間に、前記転送制御部に対して制御信号を供給する信号ラインが配線されている
ことを特徴とする請求項４３記載のカメラ。
【請求項４６】
前記撮像エリアと前記オプティカルブラックエリアとの間にさらに、前記垂直転送部に対して垂直転送クロックを供給するバスラインが配線されている
ことを特徴とする請求項４５記載のカメラ。
【請求項４７】
前記オプティカルブラックエリアは、前記撮像エリアに対して水平転送方向の前側に配されている
ことを特徴とする請求項４３記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法およびカメラに関し、特に高速撮像に適した固体撮像装置、当該固体撮像装置の駆動方法および当該固体撮像装置を撮像デバイスとして用いたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速撮像モードの場合、業務用カメラなどでは、単純に固体撮像装置の駆動周波数を通常撮像モードのｎ倍に上げることにより、ｎ倍速撮像を実現させていた。
【０００３】
また、最近、全画素の信号電荷を独立に読み出すことが可能ないわゆる全画素独立読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装置では、図４２に示すように、水平転送周波数を変えずに２ライン分の信号電荷を同時にシリアルに出力する目的で２系統の水平転送部１０１，１０２を備えていることから（例えば、特許文献１参照）、この機能を利用することによって例えば４倍速撮像モードなどの提案もなされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１１３２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者の場合には、固体撮像装置の駆動周波数がｎ倍に高くなることから、後段の信号処理系や記録装置をそれに合わせなければならないため、非常に高価なものとなり、民生用カメラに適用するには非常に高価なものになるという課題があった。
【０００６】
一方、後者の場合にあっては、固体撮像装置の駆動周波数等を上げずにｎ倍速を実現できるものの、例えば４倍速撮像モードを例に挙げると、図４２に示すように、撮像中心（図中、×印）が撮像エリア１０３の左下隅に偏り、光学中心がずれるため、光学ズームをしたときなどに、非常に使い勝手の悪いものになるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、駆動周波数を上げることなく高速撮像を実現可能な固体撮像装置、当該固体撮像装置の駆動方法および当該固体撮像装置を搭載したカメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部で光電変換された信号電荷を読み出す読み出し部と、前記読み出し部によって前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備えた固体撮像装置、
または、行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部で光電変換された信号電荷を読み出すとともに、垂直方向の一部の領域の信号電荷のみを選択的に読み出すことが可能な読み出し部と、前記読み出し部によって前記センサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備えた固体撮像装置、
または、行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部を有する撮像エリアと、光学的に遮光された複数のセンサ部およびこれらセンサ部から読み出された電荷を垂直転送する垂直転送部を有し、前記撮像エリアから所定の間隔をもって配されたオプティカルブラックエリアと、前記垂直転送部から前記水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する少なくともゲート構造の転送阻止機能を有する転送制御部とを備えた固体撮像装置において、
前記転送制御部による転送禁止領域以外の領域において前記垂直転送部によって前記水平転送部に垂直転送された信号電荷を当該水平転送部によって水平転送し、この水平転送した信号電荷を前記水平転送部の前記転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する構成を採っている。
【０００９】
上記構成の固体撮像装置において、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する一方、水平転送部では転送制御部による転送禁止領域以外の領域において垂直転送部によって垂直転送された信号電荷を水平転送して転送禁止領域に対応する転送部分に一時的に保持する。これにより、引き続いて次のラインの信号電荷を水平転送部に垂直転送部から転送できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水平方向の特定の領域の信号電荷のみを読み出すことができるので、駆動周波数を上げなくても、高速撮像が可能となる。また、駆動周波数を上げなくて済むことで、消費電力の点で有利である。しかも、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを与える端子を追加するだけで所期の目的を達成できるため構造が簡単である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明では、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) 固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、センサ部から読み出した信号電荷を垂直‐水平転送（パラレル‐シリアル転送）する構造の固体撮像装置全般に適用可能である。
【００１２】
図１は、例えばインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用された本発明の第１実施形態を示す概略構成図である。図１において、行（垂直）方向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数のセンサ部１１と、これらセンサ部１１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読み出しゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１３とによって撮像エリア１４が構成されている。
【００１３】
この撮像エリア１４において、センサ部１１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。このセンサ部１１に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部１２に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加されることにより垂直ＣＣＤ１３に読み出される。垂直ＣＣＤ１３は、例えば４相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
【００１４】
ここで、垂直ＣＣＤ１３において、１相目および３相目の転送電極は、読み出しゲート部１２のゲート電極を兼ねている。このことから、４相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４のうち、１相目の転送クロックＶφ１と３相目の転送クロックＶφ３が低レベル（以下、“Ｌ”レベルと称す）、中間レベル（以下、“Ｍ”レベルと称す）および高レベル（以下、“Ｈ”レベルと称す）の３値をとるように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスが読み出しゲート部１２の読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００１５】
撮像エリア１４の図面上の下側には、水平ＣＣＤ１５が配されている。この水平ＣＣＤ１５には、複数本の垂直ＣＣＤ１３から１ラインに相当する信号電荷が順次転送される。水平ＣＣＤ１５は、例えば２相の水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。
【００１６】
また、複数本の垂直ＣＣＤ１３と水平ＣＣＤ１５との間には、転送制御部としてのコントロールゲート部１６が設けられている。このコントロールゲート部１６は、複数本の垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域、本例では両端部の領域において選択的に禁止するために、撮像エリア１４における水平方向の両端部に設けられている。
【００１７】
すなわち、コントロールゲート部１６は、通常撮像モードでは、複数本の垂直ＣＣＤ１３から１ライン分ずつ送り込まれる信号電荷をそのまま全て水平ＣＣＤ１５に転送する一方、高速撮像モードでは、複数本の垂直ＣＣＤ１３から１ライン分ずつ送り込まれる信号電荷のうち、水平方向の両端部の信号電荷については水平ＣＣＤ１５への転送を禁止し、中央部の信号電荷のみを水平ＣＣＤ１５へ転送する。このコントロールゲート部１６の具体的な構成については、後で詳細に説明する。
【００１８】
水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部１７が設けられている。この電荷電圧変換部１７は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力信号として導出される。
【００１９】
図２は、コントロールゲート部１６の周辺部の具体的な構成の一例を示す平面パターン図であり、図３にそのＡ‐Ａ′矢視断面を示す。なお、図２において、Ｘ列は図１の左側のコントロールゲート部１６の境界の垂直列Ｘに、Ｙ列は図１の右側のコントロールゲート部１６の境界の垂直列Ｙにそれぞれ対応し、Ｘ列‐Ｙ列の間の構成について省略して示してある。
【００２０】
先ず、垂直ＣＣＤ１３は、Ｎ型基板２１上にＰ型ウェル２２を介して形成されたＮ型不純物からなる転送チャネル２３と、この転送チャネル２３の上方にその転送方向に繰り返して配列された４相の転送電極２４-1〜２４-4とから構成されている。これらの転送電極２４-1〜２４-4において、２相目の転送電極２４-2と４相目の転送電極２４-4が１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、１相目の転送電極２４-1と３相目の転送電極２４-3が２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成された２層電極構造となっている。
【００２１】
コントロールゲート部１６は、転送チャネル２３の上方にその転送方向に順に配列された転送電極２５および蓄積電極２６によって構成され、この転送電極２５および蓄積電極２６にはコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが印加される。これらの電極２５，２６も、垂直ＣＣＤ１３の２層電極構造に合わせて、蓄積電極２６が１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、転送電極２５が２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成された２層電極構造となっている。また、転送電極２５の下方の転送チャネル２３の表面側には、Ｐ- 型不純物層２７が形成されている。
【００２２】
水平ＣＣＤ１５は、Ｎ型不純物からなる転送チャネル２８と、この転送チャネル２８の上方にその転送方向に繰り返して配列された転送電極２９および蓄積電極３０の電極対とによって構成され、蓄積電極３０が１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、転送電極２９が２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成された２層電極構造となっている。
【００２３】
転送電極２９の下方の転送チャネル２８の表面側には、Ｐ- 型不純物層３１が形成されている。そして、繰り返し配列された電極対には水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２が交互に印加される。また、垂直ＣＣＤ１３の転送チャネル２３の延長線上に位置する転送電極２９の垂直ＣＣＤ１３側の端部２９ａは、コントロールゲート部１６の蓄積電極２６上まで延在するように形成されている。
【００２４】
上記構成のコントロールゲート部１６は、図１から明らかなように、撮像エリア１４の中心部１４ａを除く左右両側に設けられている。そして、通常撮像モード時には、“Ｈ”レベル（垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４の“Ｍ”レベルに相当）のコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが、転送電極２５および蓄積電極２６に印加される。これにより、コントロールゲート部１６のポテンシャルが深くなるため、垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５へ信号電荷がそのまま転送される。
【００２５】
一方、高速撮像モード時には、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｌ”レベルとなることにより、コントロールゲート部１６のポテンシャルが浅くなるため、垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５への信号電荷の転送が禁止され、中心部１４ａの信号電荷のみが読み出し可能となる。なお、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｌ”レベルのときのコントロールゲート部１６のポテンシャルは、垂直ＣＣＤ１３の転送時に水平ＣＣＤ１５に信号電荷が溢れない程度に設定される。
【００２６】
ここで、撮像エリア１４の水平方向の全領域において、垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５への信号電荷の転送を選択的に禁止する領域、即ちコントロールゲート部１６を配置する領域と、信号電荷の転送を禁止しない領域、即ちコントロールゲート部１６を配置しない領域との比率を、図４に示すように約ｎ：１：ｎとすると、例えば４：３アスペクト比で、ｎ＝０．５の場合４倍速、ｎ＝１の場合９倍速、ｎ＝２の場合２５倍速の高速撮像を実現できる。４：３以外のアスペクト比で良ければ、垂直ＣＣＤ１３の垂直ブランキング期間中の高速転送段数をコントロールすることで、可変速の高速撮像が可能となる。
【００２７】
なお、コントロールゲート部１６を配置する領域（信号電荷の転送を禁止可能な領域）については、撮像エリア１４の水平方向の全領域の１／２以上、好ましくは２／３以上に、換言すればコントロールゲート部１６を配置しない領域（信号電荷の転送を行う領域）を撮像エリア１４の水平方向の全領域の１／３以下、好ましくは１／２以下に設定するものとする。
【００２８】
一例として、水平方向前方（図の左側）の転送禁止される領域と水平方向前方のオプティカルブラックエリア（以下、ＯＰＢと略称する）の直前までの空送り部分を足した総ビット数が、中心部１４ａの転送を行う領域のビット数＋ＯＰＢ数の約ｎ倍（ｎ≧１の整数）に設定する。なお、ＯＰＢについては、後で詳細に説明する。
【００２９】
このような条件の下にコントロールゲート部１６を配置すれば、高速撮像モードにおいて、１ライン分の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５に転送した際に、信号電荷を読み出したビット数以上の空白ビットをコントロールゲート部１６の下の水平ＣＣＤ１５に確保できるため、読み出した信号電荷をシフトした後次の１ライン分の信号電荷を読み出すまでの間、コントロールゲート部１６の下の空白ビット領域に蓄積しておくことができる。
【００３０】
次に、上記構成の第１実施形態に係るＣＣＤ固体撮像装置における通常撮像モード時および高速撮像モード時の動作について説明する。
【００３１】
最初に、通常撮像時の動作について、図５、図６のタイミングチャートおよび図７のポテンシャル図を参照して説明する。なお、図７のポテンシャル図では、図６の各タイミングＴａ〜Ｔｇにおける垂直ＣＣＤ１３およびコントロールゲート部１６の各電極の下のポテンシャル分布を示している。
【００３２】
先ず、図５に示す垂直同期信号ＶＤが“Ｌ”レベルとなる垂直ブランキング期間のあるタイミングにおいて、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ３に読み出しパルスＸＳＧが立つことにより、読み出しゲート部１２によって各センサ部１１から垂直ＣＣＤ１３へ信号電荷が読み出され、さらに垂直方向において隣り合う２画素の信号電荷が垂直ＣＣＤ１３内で混合される。なお、混合される垂直２画素の組み合わせは、第１フィールドと第２フィールドとで異なる。
【００３３】
次に、図６に示す水平同期信号ＨＤが“Ｌ”レベルとなる水平ブランキング期間に入る直前の時点Ｔａでは、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ２が“Ｍ”レベル（３値の中間レベル）であることから、１相目，２相目の転送電極２４-1，２４-2の下のポテンシャルが深く、センサ部１１から読み出された垂直２画素分の信号電荷はこのパケットに蓄積されている。このとき、垂直転送クロックＶφ３，Ｖφ４が“Ｌ”レベル、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｌ”レベルであることから、３相目，４相目の転送電極２４-3，２４-4およびコントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルは浅い。
【００３４】
続いて、水平ブランキング期間において、時点Ｔｂでは、垂直転送クロックＶφ３が“Ｍ”レベルになり、３相目の転送電極２４-3の下のポテンシャルが深くなるので、１相目，２相目の転送電極２４-1，２４-2の下に蓄積されていた信号電荷が３相目の転送電極２４-3の下へ移動する。この時点では、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｈ”レベル（＝垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４の“Ｍ”レベル）になり、コントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルも深くなる。
【００３５】
時点Ｔｃでは、垂直転送クロックＶφ１が“Ｌ”レベルに、垂直転送クロックＶφ４が“Ｍ”レベルになり、１相目の転送電極２４-1の下のポテンシャルが浅く、４相目の転送電極２４-4の下のポテンシャルが深くなるので、１相目〜３相目の転送電極２４-1〜２４-3の下に蓄積されていた信号電荷が、２相目〜４相目の転送電極２４-2〜２４-4の下に移動する。
【００３６】
時点Ｔｄでは、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ４が“Ｍ”レベルで、垂直転送クロックＶφ２，Ｖφ３が“Ｌ”レベルにあるため、１相目，４相目の転送電極２４-1，２４-4の下のポテンシャルが深く、２相目，３相目の転送電極２４-2，２４-3の下のポテンシャルが浅くなる。このとき、コントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルが深い状態にあるため、２相目，３相目の転送電極２４-2，２４-3の下に蓄積されていた信号電荷が、４相目の転送電極２４-4の下およびコントロールゲート部１６を経て水平ＣＣＤ１５へ移される。
【００３７】
時点Ｔｅでは、垂直転送クロックＶφ２が“Ｍ”レベルに、垂直転送クロックＶφ４が“Ｌ”レベルになり、２相目の転送電極２４-2の下のポテンシャルが深く、４相目の転送電極２４-4の下のポテンシャルが浅くなるため、４相目の転送電極２４-4の下の信号電荷もコントロールゲート部１６を経て水平ＣＣＤ１５へ移される。時点Ｔｆでは、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｌ”レベルになるため、コントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルが浅くなる。そして、時点Ｔｇでは、水平ＣＣＤ１５の水平転送が行われる。
【００３８】
次に、９倍速撮像モード時の動作について、図８のタイミングチャートおよび図９の動作説明図を参照して説明する。なお、９倍速撮像モード時には、図４において、ｎ＝１であることから、撮像エリア１４における水平方向の中央部１／３、垂直方向の中央部１／３が読み出し領域１４ａとなる。
【００３９】
また、図９の動作説明図では、図８の各タイミングＴ１〜Ｔ５における垂直ＣＣＤ１３、コントロールゲート部１６および水平ＣＣＤ１５の各動作状態を示している。図９において、○印は読み出し領域１４ａ外の領域の不要な電荷を、□印は読み出し領域１４ａ内の読み出すべき電荷をそれぞれ表しており、また撮像エリア１４の右側の黒帯領域は、センサ部が複数列に亘って遮光されたＯＰＢ３２である。
【００４０】
先ず、図８に示す垂直同期信号ＶＤが“Ｌ”レベルとなる垂直ブランキング期間のあるタイミングにおいて、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ３に読み出しパルスＸＳＧが立つことにより、読み出しゲート部１２によって各センサ部１１から垂直ＣＣＤ１３へ信号電荷が読み出され、さらに垂直方向において隣り合う２画素の信号電荷が垂直ＣＣＤ１３内で混合される。なお、混合される垂直２画素の組み合わせは、第１フィールドと第２フィールドとで異なる。
【００４１】
そして、高い周波数の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４が垂直ＣＣＤ１３の各電極に印加されることにより、読み出し領域１４ａよりも下側約１／３のライン分だけ高速にて垂直転送が行われる（時点Ｔ２）。なお、信号電荷の読み出し以前から、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｌ”レベルにあり、コントロールゲート部１６のポテンシャルが浅くなっているので、水平方向の中央部１／３を除く両端部の信号電荷については、水平ＣＣＤ１５への転送がコントロールゲート部１６のポテンシャルバリアによって阻止される。このコントロールゲート部１６による転送阻止の動作については、後で詳細に説明する。また、水平方向の中央部１／３の領域についての信号電荷は水平ＣＣＤ１５に転送され、この水平ＣＣＤ１５を介して外部へ掃き捨てられる。
【００４２】
垂直高速転送の終了直後の時点Ｔ３では、水平方向の中央部１／３の領域について、読み出し領域１４ａの直前のラインの信号電荷が水平ＣＣＤ１５に転送される。このとき、ＯＰＢ３１の電荷も水平ＣＣＤ１５に転送される。続いて、時点Ｔ４では、水平ＣＣＤ１５に移された信号電荷が１／３ライン分だけ水平転送される。以降、時点Ｔ３および時点Ｔ４の動作が繰り返して行われる。以下の説明では、時点Ｔ３と同じ動作をするタイミングをＴ１３，Ｔ２３，Ｔ３３とし、時点Ｔ４と同じ動作をするタイミングをＴ１４，Ｔ２４，Ｔ３４とする。
【００４３】
すなわち、時点Ｔ１３では、読み出し領域１４ａ内の第１番目のラインの信号電荷がＯＰＢ３１の電荷と共に水平ＣＣＤ１５に移される。そして、時点Ｔ１４では、水平ＣＣＤ１５に移された読み出し領域１４ａ内の第１番目のラインの信号電荷およびＯＰＢ３１の電荷が１／３ライン分だけ水平転送される。この際、読み出し領域１４ａ内の第１番目のラインの信号電荷の後ろには、前回ＯＰＢ３１から水平ＣＣＤ３１に移されかつ１／３ライン分だけ水平転送されたＯＰＢ３１の電荷が付加されることになる。
【００４４】
続いて、時点Ｔ２３では、読み出し領域１４ａ内の第２番目のラインの信号電荷がＯＰＢ３１の電荷と共に水平ＣＣＤ１５に移される。そして、時点Ｔ２４では、水平ＣＣＤ１５に移された読み出し領域１４ａ内の第２番目のラインの信号電荷およびＯＰＢ３１の電荷が１／３ライン分だけ水平転送される。この際、読み出し領域１４ａ内の第２番目のラインの信号電荷の後ろには、前回ＯＰＢ３１から水平ＣＣＤ１５に移されかつ１／３ライン分だけ水平転送されたＯＰＢ３１の電荷が付加されることになる。
【００４５】
なお、本例では、説明の簡略化のために、読み出し領域１４ａのライン数を２ラインとして模式的に示している。そして、読み出し領域１４ａの全てのラインについて信号電荷を水平ＣＣＤ１５へ移した後も、時点Ｔ３，Ｔ４の各動作を１回ずつ繰り返す（時点Ｔ３３，Ｔ３４）。この各動作により、読み出し領域１４ａ内の最終ラインの信号電荷の後ろにＯＰＢ３１の電荷が付加され、かつ水平ＣＣＤ１５から電荷電圧変換部１７へ出力される。
【００４６】
そして、本来垂直有効期間であるべき期間内に設定される中間垂直ブランキング期間内において、読み出し領域１４ａよりも上の約１／３のライン分だけ高速にて垂直転送が行われる（時点Ｔ５）。この高速垂直転送の終了後、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ３に読み出しパルスＸＳＧが立つことにより、読み出しゲート部１２によって各センサ部１１から垂直ＣＣＤ１３へ次のフィールドの信号電荷が読み出される。
【００４７】
次に、高速撮像（本例では、９倍速）時におけるコントロールゲート部１６の動作の詳細について、図１０のタイミングチャートおよび図１１のポテンシャル図を参照して説明する。なお、図１１のポテンシャル図では、図１０の各タイミングＴａ〜Ｔｇにおける垂直ＣＣＤ１３およびコントロールゲート部１６の各電極の下のポテンシャル分布を示している。
【００４８】
図１０に示す水平同期信号ＨＤが“Ｌ”レベルとなる水平ブランキング期間に入る直前の時点Ｔａでは、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ２が“Ｍ”レベル（３値の中間レベル）であることから、１相目，２相目の転送電極２４-1，２４-2の下のポテンシャルが深く、センサ部１１から読み出された垂直２画素分の信号電荷はこのパケットに蓄積されている。このとき、垂直転送クロックＶφ３，Ｖφ４が“Ｌ”レベル、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｌ”レベルであることから、３相目，４相目の転送電極２４-3，２４-4およびコントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルは浅い。
【００４９】
続いて、水平ブランキング期間において、時点Ｔｂでは、垂直転送クロックＶφ３が“Ｍ”レベルになり、３相目の転送電極２４-3の下のポテンシャルが深くなるので、１相目，２相目の転送電極２４-1，２４-2の下に蓄積されていた信号電荷が３相目の転送電極２４-3の下へ移動する。この時点では、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが引き続き“Ｌ”レベルを維持し、コントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルが浅い状態にある。
【００５０】
時点Ｔｃでは、垂直転送クロックＶφ１が“Ｌ”レベルに、垂直転送クロックＶφ４が“Ｍ”レベルになり、１相目の転送電極２４-1の下のポテンシャルが浅く、４相目の転送電極２４-4の下のポテンシャルが深くなるので、１相目〜３相目の転送電極２４-1〜２４-3の下に蓄積されていた信号電荷が、２相目〜４相目の転送電極２４-2〜２４-4の下に移動する。
【００５１】
時点Ｔｄでは、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ４が“Ｍ”レベルで、垂直転送クロックＶφ２，Ｖφ３が“Ｌ”レベルにあるため、１相目，４相目の転送電極２４-1，２４-4の下のポテンシャルが深く、２相目，３相目の転送電極２４-2，２４-3の下のポテンシャルが浅くなる。このとき、２相目，３相目の転送電極２４-2，２４-3の下に蓄積されていた信号電荷は、コントロールゲート部１６のポテンシャルバリアによって水平ＣＣＤ１５への転送が阻止され、４相目の転送電極２４-4の下に蓄積される。
【００５２】
時点Ｔｅでは、垂直転送クロックＶφ２が“Ｍ”レベルに、垂直転送クロックＶφ４が“Ｌ”レベルになり、２相目の転送電極２４-2の下のポテンシャルが深く、４相目の転送電極２４-4の下のポテンシャルが浅くなるため、４相目の転送電極２４-4の下の信号電荷は、３相目の転送電極２４-3の下を経て逆流し、１相目，２相目の転送電極２４-1，２４-2の下に蓄積される。以降、時点Ｔｆを経て時点Ｔｇに以降し、この時点Ｔｇでは水平ＣＣＤ１５の水平転送が行われる。
【００５３】
上述したように、撮像エリア１４と水平ＣＣＤ１５との間に、垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止可能なコントロールゲート部（転送制御部）１６を設け、高速撮像モードでは、水平方向の例えば両端部において垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５への信号電荷の転送を禁止するようにしたことで、その禁止領域に対応する水平ＣＣＤ１５の転送電荷を破壊しないで済む。
【００５４】
これにより、図４において例えばｎ＝１とした場合、垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５へ転送した約１／３ライン分の信号電荷を１／３Ｈでコントロールゲート部１６の下に水平転送した後、引き続いて次のラインの信号電荷を水平ＣＣＤ１５へ転送することができるので、この連続した動作を１Ｈ期間に３回行うことにより、水平ＣＣＤ１５の駆動周波数を上げなくても水平３倍速の高速撮像を実現できる。また、駆動周波数を上げなくて済むことにより、消費電力の点でも有利である。
【００５５】
しかも、撮像エリア１４の水平方向において、垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１６への信号電荷の転送を禁止する領域を、撮像エリア１４の両端部としたことにより、常に撮像エリア１４の中央部（本例の場合には、図４の読み出し領域１４ａ）の信号電荷を読み出せることになるので、撮像中心が撮像エリア１４の隅に偏ることはなく、常に光学中心軸上での高速撮像の実現が可能となる。
【００５６】
次に、４倍速撮像モード時の動作について説明する。この４倍速撮像モード時には、図４において、ｎ＝０．５である。したがって、図１２に一点鎖線で示すように、撮像エリア１４における水平方向の中央部１／２および垂直方向の中央部１／２が読み出し領域１４ｂとなる。なお、本例では、撮像エリア１４の上下部（又は、下部のみ）に１列又は複数列のＯＰＢ１４ｃ，１４ｄが設けられているものとする。また、水平ＣＣＤ１５の撮像エリア１４と反対側には、不要な電荷を掃き捨てるためのオーバーフローコントロールゲート部４１およびオーバーフロードレイン部４２が設けられているものとする。
【００５７】
ここで、図１２において、撮像エリア１４における水平方向の全領域を４分割し、撮像エリア１４の下部のＯＰＢ１４ｃにおける各分割領域の信号電荷をそれぞれＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４とし、垂直方向の読み出し領域１４ｂ内における各分割領域の信号電荷をそれぞれＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とする。なお、４倍速撮像モード時の基本的な動作については、９倍速撮像モード時のそれと同じであることから、以下では、タイミングチャートを用いた詳細な動作説明は省略し、その動作の概念について図１３の動作説明図を用いて説明するものとする。
【００５８】
４倍速撮像モード時には、９倍速撮像モード時の場合と同様に、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが“Ｌ”レベルにあり、コントロールゲート部１６のポテンシャルが浅くなっているので、水平方向の中央部の１／２の領域を除く両端部の領域の信号電荷については、水平ＣＣＤ１５への転送が禁止された状態にある。この状態において、先ず最初に、ＯＰＢ１４ｃの信号電荷Ｄ２，Ｄ３を水平ＣＣＤ１５にラインシフトする（１）。
【００５９】
次に、水平ＣＣＤ１５を１／２Ｈの期間だけ転送駆動すると、信号電荷Ｄ２は電荷電圧変換部１７を介して出力され、信号電荷Ｄ３が水平ＣＣＤ１５内に残る（２）。続いて再度、水平ＣＣＤ１５を１／２Ｈの期間だけ転送駆動すると、信号電荷Ｄ３が電荷電圧変換部１７を介して出力され、水平ＣＣＤ１５内は空になる（３）。このときの電荷電圧変換部１７の出力波形を、図１４（ａ）に示す。なお、ＯＰＢ１４ｃが複数列（ライン）ある場合には、図１３の（１），（２）の各動作を繰り返して実行する。
【００６０】
次に、読み出し領域１４ｂよりも下側の約１／４の領域の各ラインの信号電荷は不要なものであることから、この不要な信号電荷について高速にて垂直転送を行い、水平ＣＣＤ１５を介してオーバーフロードレイン部４２へ掃き捨てる。このとき、撮像エリア１４の両端部の信号電荷については元々不要な電荷であることから、コントロールゲート部１６は転送阻止状態にあっても良いし、また転送可能状態にあっても良い。転送可能状態にあるときは、撮像エリア１４の両端部の信号電荷についても、オーバーフロードレイン部４２へ掃き捨てられる。
【００６１】
次に、読み出し領域１４ｂにおいて、コントロールゲート部１６を転送阻止状態にし、最初のラインの信号電荷Ｓ２，Ｓ３のみを水平ＣＣＤ１５にラインシフトする（４）。続いて、水平ＣＣＤ１５を１／２Ｈの期間だけ転送駆動すると、信号電荷Ｓ２は電荷電圧変換部１７を介して出力され、信号電荷Ｓ３が水平ＣＣＤ１５内に残る（５）。
【００６２】
次に、読み出し領域１４ｂ内の２ライン目の信号電荷Ｓ２′，Ｓ３′を水平ＣＣＤ１５にラインシフトする（６）。このとき、水平ＣＣＤ１５内には、最初のラインの信号電荷Ｓ３と、次のラインの信号電荷Ｓ２′，Ｓ３′が順に配置される。以降、図１３の（１），（２），（３）の各動作を繰り返すことにより、撮像エリア１４の中央部、即ち読み出し領域１４ｂのみの信号電荷を、水平ＣＤＤ１５の転送周波数を上げずに４倍速で取り出すことができる。このときの出力波形を図１４（ｃ）に示す。
【００６３】
読み出し領域１４ｂ内の信号電荷の出力が完了したら、読み出し領域１４ｂの下側の不要な信号電荷の場合と同様に、読み出し領域１４ｂの上側の不要な信号電荷についても高速にて垂直転送を行い、水平ＣＣＤ１５を介してオーバーフロードレイン部４２へ掃き捨てる。そして、撮像エリア１４の上部のＯＰＢ１４ｄの信号電荷を、下部のＯＰＢ１４ｃの信号電荷Ｄ２，Ｄ３の場合と同様にして出力する。
【００６４】
ところで、高速掃き出し動作を行うと、垂直ＣＣＤ１３の暗電流が撮像エリア１４の上部と下部で異なる場合がある。このような場合には、撮像エリア１４の下部のＯＰＢ１４ｃの信号電荷に基づく信号出力と、上部のＯＰＢ１４ｄの信号電荷に基づく信号出力との内挿値を映像信号の基準レベルとして使用するようにすれば良い。
【００６５】
また、図１４（ｂ）と図１４（ｃ）の各出力波形から明らかなように、１／２Ｈの出力が２つの１／２Ｈ期間にまたがって出力されることになる。しかしながら、現在は、ＣＣＤ固体撮像装置を撮像デバイスとして用いるビデオカメラの殆どがディジタル化されており、ラインメモリを内蔵していることから、このラインメモリに図１４（ｂ），（ｃ）のタイミングで各出力データを書き込み、使用するときは、必要なタイミング（１／４Ｈ遅れたタイミング）でデータを読み出すようにすれば良く、撮像動作上、何ら問題となることはない。
【００６６】
また、ＯＰＢ１４ｃ，１４ｄの出力データについても、スミア成分を含まない信号電荷に基づく出力データをＯＰＢ用メモリに書き込んでおき、このＯＰＢ用メモリに保持したデータを必要なときに使用するようにしても良い。
【００６７】
ところで、高速撮像モードにおいて、コントロールゲート部１６のポテンシャルバリアによって水平ＣＣＤ１５への転送を阻止された信号電荷は、垂直ＣＣＤ１３内に溢れた状態となる。このとき、垂直ＣＣＤ１３内において他のラインの信号電荷と混合されることになるが、元々使用しない信号電荷であることから何ら問題となることはない。そして、垂直ＣＣＤ１３内に溢れた信号電荷は、次の信号電荷の読み出し時にセンサ部１１へ逆流し、例えば基板のオーバーフロードレインに流れ出ることになる。
【００６８】
なお、本実施形態では、コントロールゲート部１６のポテンシャルバリアによって水平ＣＣＤ１５への転送を阻止した信号電荷を、そのまま垂直ＣＣＤ１３内に溢れさせ、次の信号電荷の読み出し時にセンサ部１１へ逆流させて基板のオーバーフロードレインに捨てる構成としたが、図１５に示すように、隣りの転送チャネル２３に溢れさせる構成とすることも可能である。
【００６９】
すなわち、図１５において、コントロールゲート部１６の撮像エリア１４側における４相目の転送電極２４-4の下方に、隣り合う転送チャネル２３，２３間を繋ぐ専用のチャネル３３を電荷案内部として形成する。そして、コントロールゲート部１６のポテンシャルバリアによって転送阻止した信号電荷を、当該信号電荷を転送してきた転送チャネル２３内に溢れさせるとともに、専用のチャネル３３を通して隣りの転送チャネル２３へも溢れさせるようにする。この溢れた電荷も、最終的にはセンサ部１１へ逆流し、基板のオーバーフロードレインに流れ出ることになる。
【００７０】
図１６は、コントロールゲート部１６の周辺部の具体的な構成の他の例を示す断面構造図であり、図中、図３と同等部分には同一符号を付して示してある。本例において、コントロールゲート部１６は、転送チャネル２３の上方にその転送方向に順に配列された２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）からなる転送電極２５および１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）からなる蓄積電極２６によって構成され、この転送電極２５および蓄積電極２６にはコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが印加される。
【００７１】
コントロールゲート部１６の転送電極２５および蓄積電極２６の下方の転送チャネル２３の表面側にはＰ型不純物層３４が形成されている。また、このＰ型不純物層３４の表面側にはＰ+ 型不純物層３５が形成されている。これにより、コントロールゲート部１６の転送電極２５および蓄積電極２６の下のポテンシャルが比較的浅く形成されたことになる。
【００７２】
次に、本構造のコントロールゲート部１６を有するＣＣＤ固体撮像装置の通常撮像モード時の動作について、図６のタイミングチャートおよび図１７のポテンシャル図を参照して説明する。なお、本例の場合、通常撮像モード時には、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄは、図６に点線で示すように、常時“Ｈ”レベル（垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４の“Ｍ”レベルに相当）にあり、コントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルは常に深い状態にある。また、図１７のポテンシャル図では、図６の各タイミングＴａ〜Ｔｇにおける垂直ＣＣＤ１３およびコントロールゲート部１６の各電極の下のポテンシャル分布を示している。
【００７３】
先ず、図６に示す水平同期信号ＨＤが“Ｌ”レベルとなる水平ブランキング期間に入る直前の時点Ｔａでは、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ２が“Ｍ”レベル（３値の中間レベル）であることから、１相目，２相目の転送電極２４-1，２４-2の下のポテンシャルが深く、センサ部１１から読み出された垂直２画素分の信号電荷はここに蓄積されている。このとき、垂直転送クロックＶφ３，Ｖφ４が“Ｌ”レベルであることから、３相目，４相目の転送電極２４-3，２４-4の下のポテンシャルは浅い。
【００７４】
続いて、水平ブランキング期間において、時点Ｔｂでは、垂直転送クロックＶφ３が“Ｍ”レベルになり、３相目の転送電極２４-3の下のポテンシャルが深くなるので、１相目，２相目の転送電極２４-1，２４-2の下に蓄積されていた信号電荷が３相目の転送電極２４-3の下へ移動する。時点Ｔｃでは、垂直転送クロックＶφ１が“Ｌ”レベルに、垂直転送クロックＶφ４が“Ｍ”レベルになり、１相目の転送電極２４-1の下のポテンシャルが浅く、４相目の転送電極２４-4の下のポテンシャルが深くなるので、１相目〜３相目の転送電極２４-1〜２４-3の下に蓄積されていた信号電荷が、２相目〜４相目の転送電極２４-2〜２４-4の下に移動する。
【００７５】
時点Ｔｄでは、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ４が“Ｍ”レベルで、垂直転送クロックＶφ２，Ｖφ３が“Ｌ”レベルにあるため、１相目，４相目の転送電極２４-1，２４-4の下のポテンシャルが深く、２相目，３相目の転送電極２４-2，２４-3の下のポテンシャルが浅くなる。このとき、コントロールゲート部１６の電極２５，２６の下のポテンシャルが４相目の転送電極２４-4の下のポテンシャルよりも浅いため、２相目，３相目の転送電極２４-2，２４-3の下に蓄積されていた信号電荷が、４相目の転送電極２４-4の下に蓄積される。
【００７６】
そして、時点Ｔｅでは、垂直転送クロックＶφ２が“Ｍ”レベルに、垂直転送クロックＶφ４が“Ｌ”レベルになり、２相目の転送電極２４-2の下のポテンシャルが深く、４相目の転送電極２４-4の下のポテンシャルが浅くなるため、４相目の転送電極２４-4の下の信号電荷がコントロールゲート部１６を経て水平ＣＣＤ１５へ移される。以降、時点Ｔｆを経て時点Ｔｇに以降し、時点Ｔｇでは水平ＣＣＤ１５の水平転送が行われる。
【００７７】
本例の場合のように、コントロールゲート部１６の転送電極２５および蓄積電極２６の下のポテンシャルを予め浅く形成したことで、通常撮像時に、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを水平ブランキング期間におけるラインシフトのタイミングに合わせてその都度“Ｈ”レベルにしなくても、常時“Ｈ”レベルに設定しておくことができるので、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを発生するタイミング発生回路（図示せず）の構成を簡略化できるとともに、低消費電力化が図れる。図１８に、本例の場合における９倍速撮像時のタイミングチャートを示す。図１８においては、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄの波形のみが図８のそれと異なっている。
【００７８】
なお、上記の第１実施形態では、コントロールゲート部１６を垂直ＣＣＤ１３の４相駆動‐２層電極構造に対応して転送電極２５および蓄積電極２６の２層電極構造としたが、これに限定されるものではない。例えば、垂直ＣＣＤ１３が３相駆動‐３層電極構造の場合には、コントロールゲート部１６を単層電極構造とすることが可能である。
【００７９】
図１９は、例えばインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用された本発明の第２実施形態を示す概略構成図である。図１６において、行（垂直）方向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数のセンサ部５１と、これらセンサ部５１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部５１から読み出しゲート部５２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ５３とによって撮像エリア５４が構成されている。
【００８０】
この撮像エリア５４において、センサ部５１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。このセンサ部５１に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部５２に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加されることにより垂直ＣＣＤ５３に読み出される。垂直ＣＣＤ５３は、例えば４相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
【００８１】
ここで、垂直ＣＣＤ５３において、１相目および３相目の転送電極は、読み出しゲート部５２のゲート電極を兼ねている。このことから、４相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４のうち、１相目の転送クロックＶφ１と３相目の転送クロックＶφ３が“Ｌ”レベル、“Ｍ”レベルおよび“Ｈ”レベルの３値をとるように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスが読み出しゲート部５２の読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００８２】
撮像エリア５４の図面上の下側には、水平ＣＣＤ５５が配されている。この水平ＣＣＤ５５には、複数本の垂直ＣＣＤ５３から１ラインに相当する信号電荷が順次転送される。水平ＣＣＤ５５は、例えば２相の水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ５３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。
【００８３】
また、複数本の垂直ＣＣＤ５３と水平ＣＣＤ５５との間には、転送制御部としてのコントロールゲート部５６が設けられている。このコントロールゲート部５６は、複数本の垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への信号電荷の転送を選択的に阻止する転送阻止部５８と、この転送阻止部５８によって転送阻止された電荷を排出する電荷排出部５９とからなり、複数本の垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域、本例では両端部の領域において選択的に禁止するために、撮像エリア５４における水平方向の両端部に設けられている。
【００８４】
すなわち、コントロールゲート部５６は、通常撮像モードでは、複数本の垂直ＣＣＤ５３から１ライン分ずつ送り込まれる信号電荷をそのまま全て水平ＣＣＤ５５に転送する一方、高速撮像モードでは、複数本の垂直ＣＣＤ５３から１ライン分ずつ送り込まれる信号電荷のうち、水平方向の両端部の信号電荷については水平ＣＣＤ５５への転送を電荷阻止部５８で阻止し、少なくとも転送チャネルを溢れるような電荷については電荷排出部５９によって排出し、中央部の信号電荷のみを水平ＣＣＤ５５へ転送する。このコントロールゲート部５６の具体的な構成については、後で詳細に説明する。
【００８５】
水平ＣＣＤ５５の転送先の端部には、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部５７が設けられている。この電荷電圧変換部５７は、水平ＣＣＤ５５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力信号として導出される。
【００８６】
図２０は、コントロールゲート部５６の周辺部の具体的な構成の一例を示す平面パターン図であり、図２１にそのＢ‐Ｂ′矢視断面を示す。なお、図２０において、Ｘ列は図１９の左側のコントロールゲート部５６の境界の垂直列Ｘに、Ｙ列は図１９の右側のコントロールゲート部５６の境界の垂直列Ｙにそれぞれ対応し、Ｘ列‐Ｙ列の間の構成について省略して示してある。
【００８７】
先ず、垂直ＣＣＤ５３は、Ｎ型基板６１上にＰ型ウェル６２を介して形成されたＮ型不純物からなる転送チャネル６３と、この転送チャネル６３の上方にその転送方向に繰り返して配列された４相の転送電極６４-1〜６４-4とから構成されている。これらの転送電極６４-1〜６４-4において、２相目の転送電極６４-2と４相目の転送電極６４-4が１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、１相目の転送電極６４-1と３相目の転送電極６４-3が２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成された２層電極構造となっている。
【００８８】
コントロールゲート部５６は、先述したように、転送阻止部５８および電荷排出部５９からなり、垂直ＣＣＤ５３の最終転送段の３相目の転送電極６４-3と４相目の転送電極６４-4との間に設けられている。転送阻止部５８は、転送チャネル６３の上方に配された２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）からなるゲート電極６５によって構成されている。ゲート電極６５の下方の転送チャネル６３の表面側には、Ｐ- 型不純物層６９が形成されている。
【００８９】
一方、電荷排出部５９は、転送チャネル６３の上方に配された１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）からなるドレイン電極６６と、隣り合う転送チャネル６３，６３間を繋いで転送チャネル６３に溢れた電荷を横方向に案内する電荷案内部としてのオーバーフローチャネル６７と、撮像エリア５４の横に形成され、オーバーフローチャネル６７によって案内された電荷を掃き出すドレイン部６８ａ，６８ｂ（図１９に示す）とから構成されている。ドレイン部６８ａ，６８ｂには、例えば電源電圧Ｖｄｄが印加されている。
【００９０】
水平ＣＣＤ５５は、Ｎ型不純物からなる転送チャネル７０と、この転送チャネル７０の上方にその転送方向に繰り返して配列された転送電極７１および蓄積電極７２の電極対とによって構成され、蓄積電極７２が１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、転送電極７１が２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成された２層電極構造となっている。転送電極７１の下方の転送チャネル７０の表面側には、Ｐ- 型不純物層７３が形成されている。そして、繰り返し配列された電極対には水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２が交互に印加される。
【００９１】
上記構成のコントロールゲート部５６は、図１９から明らかなように、撮像エリア５４の中心部５４ａを除く左右両側に設けられている。そして、通常撮像モード時には、ゲート電極６５に印加されるコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄおよびドレイン電極６６に印加されるドレイン電圧Ｖ‐Ｄｒａｉｎが、図２２のタイミングチャートに実線で示すように、所定のタイミングで“Ｈ”レベル（垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４の“Ｍ”レベルに相当）および“Ｌ”レベルになることにより、垂直ＣＣＤ５３と同様に転送動作を行う。これにより、垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５へ信号電荷がそのまま転送される。
【００９２】
一方、高速撮像モード時には、図２２のタイミングチャートに点線で示すように、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄが常時“Ｌ”レベルとなることにより、ゲート電極６５の下のポテンシャルが浅くなるため、そのポテンシャルバリアによって垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への信号電荷の転送が阻止される。このとき同時に、ドレイン電圧Ｖ‐Ｄｒａｉｎが常時“Ｈ”レベル（垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４の“Ｍ”レベル若しくはそれ以上のレベル）になるため、ドレイン電極６６の下のポテンシャルが転送チャネル６３の深いときのポテンシャル程度若しくはそれ以上に深くなる。
【００９３】
これにより、ゲート電極６５の下のポテンシャルバリアによって阻止された電荷がドレイン電極６６の下に溜まり、この溜まった電荷のうちの転送チャネル６３を溢れるような電荷はオーバーフローチャネル６７によって横方向に案内されて撮像エリア５４の横のドレイン部６８ａ，６８ｂまで導かれ、このドレイン部６８ａ，６８ｂに掃き出される。その結果、撮像エリア５４の中心部５４ａの信号電荷のみが読み出し可能となる。
【００９４】
上述したように、撮像エリア５４の水平方向の一部の領域において、垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への信号電荷の転送を選択的に禁止可能なコントロールゲート部（転送制御部）５６を、転送阻止部５８によって垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５６への信号電荷の転送を選択的に阻止するだけでなく、この転送阻止された電荷のうち少なくとも転送チャネル６３を溢れるような電荷を電荷排出部５９によって捨てる構成としたことにより、転送阻止された電荷が垂直ＣＣＤ５３内で溢れ、転送阻止部５８のポテンシャルバリアを越えて水平ＣＣＤ５５に流れ込むような懸念が無くなる。これにより、垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への転送を禁止すべき領域の信号電荷については、水平ＣＣＤ５５への転送を確実に阻止することができる。
【００９５】
上述した第２実施形態に係るコントロールゲート部５６おいては、転送阻止部５８のポテンシャルバリアによって転送阻止した電荷を、転送チャネル６３，６３間を繋ぐオーバーフローチャネル６７によって撮像エリア５４の水平方向の端まで導き、撮像エリア５４の横に形成されたドレイン６８ａ，６８ｂに掃き捨てる構成としたが、コントロールゲート部５６の構成はこれに限定されるものではない。
【００９６】
以下、コントロールゲート部５６に関しての他の実施形態について説明する。図２３は、本発明の第３実施形態に係るコントロールゲート部の要部の平面パターン図であり、図２４（Ａ）および（Ｂ）に、図２３のＡ‐Ａ′線断面およびＢ‐Ｂ′線断面をそれぞれ示す。なお、図２３および図２４（Ａ），（Ｂ）において、図２０および図２１と同等部分には同一符号を付して示してある。
【００９７】
第３実施形態に係るコントロールゲート部５６′は、第２実施形態に係るコントロールゲート部５６と同様に、転送阻止部５８′および電荷排出部５９′からなり、本例の場合には、垂直ＣＣＤ５３の最終転送段の４相目の転送電極６４-4と水平ＣＣＤ５５の間に設けられている。転送阻止部５８′は、転送チャネル６３の上方に配された１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）からなるゲート電極６５′によって構成されている。
【００９８】
一方、電荷排出部５９′は、転送チャネル６３の上方に配された２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）からなるドレイン電極６６′と、隣り合う転送チャネル６３，６３間を繋いで転送チャネル６３に溢れた電荷を横方向に流す電荷案内部としてのオーバーフローチャネル６７′と、このオーバーフローチャネル６７′中に形成されたドレイン７４とから構成されている。なお、図２３において、ハッチングで示す領域はチャネルストップ（ＣＳ）領域である。
【００９９】
ドレイン７４は、図２４（Ｂ）から明らかなように、Ｎ型基板６１そのものによって形成されている。すなわち、オーバーフローチャネル６７′の一部にＮ型基板６１が露出した構造となっている。また、オーバーフローチャネル６７′の表面側には、図２４（Ｂ）から明らかなように、Ｐ+ 型不純物層７５が形成されている。これにより、オーバーフローチャネル６７′のポテンシャルが、転送チャネル６３のポテンシャルよりも浅くなっている。
【０１００】
次に、上記構成の第３実施形態に係るコントロールゲート部５６′の動作について説明する。先ず、高速撮像モード時（Ｖ−Ｈ転送阻止時）の動作について説明する。なお、図２５および図２６は、高速撮像モード時のタイミングチャートおよびポテンシャル図である。垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４による垂直ＣＣＤ５３の垂直転送時に、ゲート電極６５′に印加されるコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを“Ｌ”レベルとすることで、転送チャネル６３のゲート電極６５′の下の部分のポテンシャルが浅くなるため、そのポテンシャルバリアによって垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への信号電荷の転送が阻止される。
【０１０１】
このとき同時に、ドレイン電極６６′に印加されるドレイン電圧Ｖ‐Ｄｒａｉｎを“Ｈ”レベルとすることで、オーバーフローチャネル６７′の電位を、電荷阻止部５８′の“Ｌ”レベル時のポテンシャル電位よりも深く、かつ転送チャネル６３の“Ｈ”レベル時のポテンシャル電位よりも浅い中間電位に設定する。これにより、電荷阻止部５８′によって転送阻止され、転送チャネル６３に過剰に蓄積された信号電荷の上澄み、即ち図２６に点線で示すポテンシャルを超える信号電荷が、オーバーフローチャネル６７′を通してドレイン７４、即ち基板６１に掃き捨てられる。
【０１０２】
ところで、基板６１に印加される基板電圧Ｖｓｕｂは、一般的に、センサ部の飽和信号電荷量を一定に保つために可変となっている。すなわち、例えば縦型オーバーフロードレイン構造のセンサ部において、製造バラツキ等によってオーバーフローバリアのポテンシャルにバラツキが生じた場合に、基板電圧Ｖｓｕｂによってオーバーフローバリアのポテンシャルを制御することで、飽和信号電荷量を一定に保つことができる。
【０１０３】
このように、基板電圧Ｖｓｕｂが可変な場合には、オーバーフローチャネル６７′の電位を、基板電圧Ｖｓｕｂの可変範囲の下限電位よりも低い電位に設定するようにすれば良い。これにより、飽和信号電荷量を一定に保つために基板電圧Ｖｓｕｂとしていかなる電圧値が設定されたとしても、その基板電圧Ｖｓｕｂの電圧値に影響されることなく転送阻止に伴う余剰電荷の基板６１への掃き出しが可能となる。
【０１０４】
続いて、通常撮像モード時（通常転送時）の動作について説明する。なお、図２７および図２８は、通常撮像モード時のタイミングチャートおよびポテンシャル図である。垂直ＣＣＤ５３の転送開始と同時に、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄおよびドレイン電圧Ｖ‐Ｄｒａｉｎを共に“Ｈ”レベルにし、垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４に基づく１ラインシフトを行う。
【０１０５】
１ラインシフトが完了したら、先ずドレイン電圧Ｖ‐Ｄｒａｉｎを、続いてコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを順に“Ｌ”レベルにする。これにより、垂直ＣＣＤ５３で垂直転送された信号電荷が、電荷阻止部５８′を経由して水平ＣＣＤ５５へ転送される。この通常転送時には、電荷排出部５９′では転送のみ行われ、蓄積が行われないため、信号電荷が転送チャネル６３よりもポテンシャルが浅いオーバーフローチャネル６７′を超えて基板６１に捨てられることはない。
【０１０６】
このように、撮像エリア５４の水平方向の一部の領域にて、垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への信号電荷の転送を選択的に禁止可能なコントロールゲート部（転送制御部）５６′において、転送阻止部５８′によって転送阻止した信号電荷を排出する電荷排出部５９′に、その信号電荷をオーバーフローチャネル６７′を介して直接基板６１（ドレイン７４）に掃き捨てる構成のドレイン構造を採ることにより、次のような作用効果が得られる。
【０１０７】
すなわち、転送阻止に伴う余剰電荷の排出先（ドレイン７４）が転送チャネル６３から非常に近いところに設けられていることから、撮像エリア５４が大きなＣＣＤ固体撮像装置であっても、転送チャネル６３の水平方向の位置に関係なく余剰電荷を確実に排出できるため、垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への転送を禁止すべき領域の信号電荷について、水平ＣＣＤ５５への転送を確実に阻止することができる。しかも、微細なＶ‐Ｈパターン部分に基板６１を露出させるだけの加工で良いため、容易に加工できる利点がある。
【０１０８】
なお、第３実施形態では、電荷排出部５９′をオーバーフローチャネル６７′に基板６１を露出させてドレイン７４を形成し、転送阻止に伴う余剰電荷を直接基板６１に掃き捨てる構成としたが、図２９に示すように、転送チャネル６３，６３間を繋ぐオーバーフローチャネル６７′内にＮ型のコンタクト部７６を形成するとともに、このコンタクト部７６を電源あるいは裏のＮ型基板６１に接続してなるドレイン構造を設け、転送阻止した電荷を転送チャネル６３の直ぐ横に形成されたコンタクト部７６を介して電源又は基板６１に掃き捨てる構成とすることも可能である。
【０１０９】
また、第３実施形態においては、コントロールゲート部５６′を、垂直ＣＣＤ５３の最終転送段の４相目の転送電極６４-4と水平ＣＣＤ５５との間に設けるとしたが、第２実施形態の場合と同様に、垂直ＣＣＤ５３の最終転送段の３相目の転送電極６４-3と４相目の転送電極６４-4との間に設けても良く、同様の作用効果を得ることができる。
【０１１０】
以上の第１〜第３実施形態では、ＩＴ（インターライン転送）方式ＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、撮像エリア以外に各画素の信号電荷を一時的に蓄積する蓄積エリアを有するＦＴ（フレーム転送）方式あるいはＦＩＴ（フレームインターライン転送）方式ＣＣＤ固体撮像装置にも同様に適用可能である。この場合には、撮像エリアの水平方向の一部の領域において、Ｖ−Ｈ転送を選択的に禁止可能なコントロールゲート部（転送制御部）を設ける位置に関しては、撮像エリアと蓄積エリアの間、あるいは蓄積エリアと水平ＣＣＤの間のどちらでも可能である。
【０１１１】
図３０は、本発明の第４実施形態に係るコントロールゲート部の要部の平面パターン図であり、図３１（Ａ）および（Ｂ）に、図３０のＡ‐Ａ′線断面およびＢ‐Ｂ′線断面をそれぞれ示す。なお、図３０および図３１（Ａ），（Ｂ）において、図２３および図２４（Ａ），（Ｂ）と同等部分には同一符号を付して示してある。
【０１１２】
第４実施形態に係るコントロールゲート部５６″は、第２実施形態に係るコントロールゲート部５６と同様に、垂直ＣＣＤ５３の最終転送段の４相目の転送電極６４-4と水平ＣＣＤ５５の間に設けられた転送阻止部５８″および電荷排出部５９″からなっている。そして、転送阻止部５８″が転送チャネル６３の上方に配された１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）からなるゲート電極６５″によって構成されているのに対し、電荷排出部５９″のドレイン電極７７が水平ＣＣＤ５５のＨφ２のトランスファ部の電極となる２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成された構成となっている。
【０１１３】
すなわち、水平ＣＣＤ５５において、２相目の水平転送クロックＨφ２が印加される電極のうちのトランスファ部の２層目のポリシリコン電極のパターンを、１層目のポリシリコンで形成された転送阻止部５８のゲート電極６５″を超えて形成することによってドレイン電極７７が構成されている。これにより、第３実施形態における専用のドレイン電極６６′が不要となる。
【０１１４】
ところで、通常、水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２は０〜３Ｖで動作し、垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４は−７〜０Ｖで動作する場合が多い。そして、垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への転送（Ｖ−Ｈ転送）時には、水平ＣＣＤ５５の水平転送クロックＨφ１が“Ｈ”レベル、水平転送クロックＨφ２が“Ｌ”レベルとなる。
【０１１５】
したがって、ドレイン電極７７をＨφ２の２層目のポリシリコンによって形成することにより、基本的には、ドレイン電極７７の下の転送チャネル６３の部分に対して不純物の注入等の加工を施さなくても、水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２の電圧差だけで転送方向において垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への転送電界をとることができる。
【０１１６】
電荷排出部５９″のドレイン構造に関しては、第３実施形態の場合と同じである。すなわち、電荷排出部５９″において、隣り合う転送チャネル６３，６３間を繋いで転送チャネル６３に溢れた電荷を横方向に流すオーバーフローチャネル６７″中に、基板６１を露出させてなるドレイン７４′が形成された構造となっている。オーバーフローチャネル６７″の入口の表面側には、図３１（Ｂ）から明らかなように、Ｐ+ 型不純物層７４′が形成されている。これにより、オーバーフローチャネル６７″のポテンシャルが、転送チャネル６３のポテンシャルよりも浅くなっている。
【０１１７】
なお、本例の場合には、転送方向において垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への転送電界がより確実にとれるようにするために、ドレイン電極７７の下方の転送チャネル６３の部分に、水平ＣＣＤ５５のトランスファ部と同等かそれ以上の濃度のＰ型不純物層７８がイオン注入によって形成されている。
【０１１８】
次に、上記構成の第４実施形態に係るコントロールゲート部５６″の動作について説明する。先ず、高速撮像モード時（Ｖ−Ｈ転送阻止時）の動作について説明する。なお、図３２および図３３は、高速撮像モード時のタイミングチャートおよびポテンシャル図である。垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４による垂直ＣＣＤ５３の垂直転送時に、ゲート電極６５″に印加されるコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを“Ｌ”レベルとすることで、転送チャネル６３のゲート電極６５″の下の部分のポテンシャルが浅くなるため、そのポテンシャルバリアによって垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への信号電荷の転送が阻止される。
【０１１９】
このとき、ドレイン電極７７を駆動する２相目の水平転送クロックＨφ２は“Ｌ”レベルの状態にある。そして、転送阻止された信号電荷は、ドレイン電極７７の下に蓄積され、転送チャネル６３に過剰に蓄積された電荷の上澄み、即ち図３３に点線で示すポテンシャルを超える電荷が、オーバーフローチャネル６７″を通してドレイン７４′、即ち基板６１に掃き捨てられる。
【０１２０】
続いて、通常撮像モード時（通常転送時）の動作について説明する。なお、図３４および図３５は、通常撮像モード時のタイミングチャートおよびポテンシャル図である。垂直ＣＣＤ５３の転送開始と同時に、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを“Ｈ”レベルにし、垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４に基づく１ラインシフトを行う。この１ラインシフト期間では、ドレイン電極７７を駆動する２相目の水平転送クロックＨφ２は“Ｌ”レベルの状態にあり、転送方向において垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への転送電界が形成されるため、通常のＶＨ転送が行われる。なお、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄは常に“Ｈ”レベルであっても構わない。常に“Ｈ”レベルならば、外部もしくは内部にＧＮＤレベルとすることで、クロックドライバを使わなくて済み、端子の削減にもなる。
【０１２１】
このように、コントロールゲート部５６″において、電荷排出部５９″のゲート電極７７を、水平ＣＣＤ５５におけるトランスファ部の２層目のポリシリコンで形成し、このゲート電極７７を２相目の水平転送クロックＨφ２で駆動する構成としたことで、ゲート電極７７を駆動する専用のクロックが不要となるため、クロックを入力するためのピン（端子）を１本削減できる。
【０１２２】
しかも、水平ＣＣＤ５５におけるＨφ２のトランスファ部の２層目のポリシリコンを用いたことで、Ｖ−Ｈ転送時には、水平転送クロックＨφ１が“Ｈ”レベル、２相目の水平転送クロックＨφ２が“Ｌ”レベルとなることから、基本的には、ドレイン電極７７の下の転送チャネル６３の部分に対して不純物の注入等の加工を施さなくても、水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２の電圧差だけで転送方向において垂直ＣＣＤ５３から水平ＣＣＤ５５への転送電界をとることができる。
【０１２３】
なお、上記第４実施形態では、転送阻止に伴う余剰電荷を、第３実施形態の場合のように、隣り合う転送チャネル６３，６３間に形成したドレイン７４′に掃き捨てる構成としたが、第２実施形態（図１９および図２０を参照）の場合のように、転送チャネル６３，６３間を繋ぐオーバーフローチャネル６７によって撮像エリア５４の水平方向の端まで導き、撮像エリア５４の横に形成されたドレイン６８ａ，６８ｂに掃き捨てる構成とすることも可能である。この変形例について、以下に説明する。
【０１２４】
図３６は、第４実施形態の変形例に係る要部の平面パターン図であり、図３７（Ａ）および（Ｂ）に、図３６のＡ‐Ａ′線断面およびＢ‐Ｂ′線断面をそれぞれ示す。なお、図３６および図３７（Ａ），（Ｂ）において、図３０および図３１（Ａ），（Ｂ）と同等部分には同一符号を付して示してある。
【０１２５】
この変形例に係る電荷排出部５９″では、ドレイン電極７７が水平ＣＣＤ５５のＨφ２のトランスファ部の電極となる２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）により、オーバーフローチャネル６７″に沿って形成されるとともに、撮像エリア外にＮ+ 型不純物層からなるドレイン７９が形成され、電荷阻止に伴う余剰電荷がオーバーフローチャネル６７″によって導かれてドレイン７９に掃き捨てられる構成となっている。ドレイン７９には、例えば電源電圧Ｖｄｄが与えられている。
【０１２６】
また、第４実施形態およびその変形例では、電荷排出部５９″のドレイン電極７７を水平ＣＣＤ５５のＨφ２のトランスファ部の電極となる２層目のポリシリコンによって形成する構成としたが、図３８に示すように、水平ＣＣＤ５５のＨφ１のトランスファ部の電極となる２層目のポリシリコンによって形成することも可能である。すなわち、水平ＣＣＤ５５において、１相目の水平転送クロックＨφ１が印加される２層目のポリシリコン電極のパターンを、１層目のポリシリコンで形成された転送阻止部５８″のゲート電極６５″を超えて形成することによってドレイン電極８０が構成されている。
【０１２７】
この場合は、垂直転送中に１相目の水平転送クロックＨφ１が“Ｈ”レベルとなることから、ドレイン電極８０の下の転送チャネル６３の部分のポテンシャルを浅くするために、ドレイン電極８０の下のＰ型不純物濃度を、Ｈφ２のトランスファ部の電極となる２層目のポリシリコンによって電荷排出部５９″のドレイン電極７７を形成した場合よりも濃く設定する。これにより、垂直転送動作を良好に行うことができる。
【０１２８】
このように、電荷排出部５９″のドレイン電極８０を水平ＣＣＤ５５のＨφ１の電極となる２層目のポリシリコンによって形成することで、図３８と図３６の対比から明らかなように、Ｈφ２のトランスファ部の電極となる２層目のポリシリコンによってドレイン電極８０を形成する場合よりも、ドレイン電極８０のパターンの幅を広く設定できるため、ドレイン電極８０のパターン形成の面で有利である。
【０１２９】
なお、図３８の例は、図３６の例と同様に、転送阻止に伴う余剰電荷を、オーバーフローチャネル６７″を通して撮像エリア外のドレイン７９に掃き捨てる構成のものに適用した場合について説明したが、第４実施形態のように、隣り合う転送チャネル６３，６３間に形成されたドレイン７４（又は、ドレイン７６）に掃き捨てる構成のものにも同様に適用できることは勿論である。
【０１３０】
以上説明した各実施形態に係る高速撮像モード時の動作において、１ライン分の信号電荷のうちの一部の信号電荷について水平ＣＣＤ１５への転送を、第１実施形態では、コントロールゲート部１６によって単に阻止する構成とし、第２，第３，第４実施形態では、コントロールゲート部５６の転送阻止部５８によって阻止し、この転送阻止に伴う余剰電荷を電荷排出部５９，５９′，５９″を通して掃き捨てる構成としたが、それ以外に、単に掃き捨てるだけの構成とすることも可能である。
【０１３１】
例えば、図１および図２の構成において、第１実施形態では、高速撮像モード時にコントロールゲート部１６の転送電極２５および蓄積電極２６に“Ｌ”レベルのコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを印加したのに対し、高い電圧を印加するようにする。これにより、高速撮像モード時に、コントロールゲート部１６の転送電極２５および蓄積電極２６の下のポテンシャルが、転送チャネル２３の深いときのポテンシャルよりもさらに深くなり、大きな溝が形成されるので、転送阻止すべき信号電荷がこの溝に落ちることになる。
【０１３２】
このようにして溝に落ちた電荷については、第２実施形態の場合のように、撮像エリアの両側にドレイン部を設け、このドレイン部まで導いて掃き捨てるようにしても良いし、また第３実施形態の場合のように、転送チャネル間にドレイン部を形成して基板に直接、あるいはＮ型コンタクト部を通して電源またはＮ型基板に掃き捨てるようにしても良い。
【０１３３】
なお、本例では、垂直ＣＣＤが４相駆動‐２層電極構造であることから、高速撮像モード時に高い電圧を印加するコントロールゲート部を転送電極および蓄積電極の２層電極構造としたが、垂直ＣＣＤが３相駆動‐３層電極構造の場合にはコントロールゲート部が単層電極構造となる。また、このコントロールゲート部を、第２実施形態の場合のように、垂直ＣＣＤの最終転送段の３相目の転送電極と４相目の転送電極との間に設けることも可能である。
【０１３４】
図３９は、本発明の第５実施形態に係る垂直ＣＣＤの一例の配線パターン図である。上述した各実施形態では、高速撮像モード時において、水平ＣＣＤへ信号電荷を転送すべきライン以外のラインについても、センサ部から垂直ＣＣＤへ信号電荷を読み出し、かつ高速にて垂直転送して掃き捨てる構成を採っていたのに対し、本実施形態では、水平ＣＣＤへ信号電荷を転送すべきライン以外のラインについては、センサ部から垂直ＣＣＤへ信号電荷を読み出さない構成を採っている。
【０１３５】
以下、その具体的な構成について、図１および図２に示す構成のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合を例にとって説明する。なお、説明を簡略化するために、図３９には、垂直方向における中央の４画素分についてのみ常時信号電荷の読み出しが可能で、その上下４画素分ずつについては高速撮像モード時には信号電荷を読み出さない場合を例にとって示してある。
【０１３６】
本配線系において、高速撮像モード時に垂直方向の特定の領域における信号電荷のみの読み出しを実現するために、１相目の垂直転送クロックφＶ１および３相目の垂直転送クロックφＶ３の配線に工夫が凝らされている。具体的には、１相目および３相目の垂直転送クロックとしてそれぞれ２系統の垂直転送クロックφＶ１，φＶ１′およびφＶ３，φＶ３′が用意され、さらに垂直転送クロックを伝送するために計６本のバスラインＬ１〜Ｌ６が配線されている。
【０１３７】
そして、垂直転送クロックφＶ１を伝送するバスラインＬ１には高速撮像モード時に読み出しの対象となる中央部以外の１相目の転送電極２４-1が１画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ１′を伝送するバスラインＬ２には高速撮像モード時に読み出しの対象となる中央部の１相目の転送電極２４-1が１画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ２を伝送するバスラインＬ３には２相目の転送電極２４-2が１画素おきに接続されている。
【０１３８】
また、垂直転送クロックφＶ３を伝送するバスラインＬ４には高速撮像モード時に読み出しの対象となる中央部以外の３相目の転送電極２４-3が１画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ３′を伝送するバスラインＬ５には高速撮像モード時に読み出しの対象となる中央部の３相目の転送電極２４-3が１画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ４を伝送するバスラインＬ６には４相目の転送電極２４-4が１画素おきに接続されている。
【０１３９】
上記の構成において、通常撮像モード時には、垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ１′，Ｖφ２，Ｖφ３，Ｖφ３′，Ｖφ４が与えられる。これにより、センサ部１１の全てから読み出しゲート部１２を介して垂直ＣＣＤ１３へ信号電荷が読み出される。一方、高速撮像モード時には、垂直転送クロックＶφ１′，Ｖφ２，Ｖφ３′，Ｖφ４が与えられる。これにより、垂直方向の中央部のセンサ部１１の読み出しゲート部１２にのみ読み出しパルスＸＳＧが与えられ、それ以外のセンサ部１１の読み出しゲート部１２には読み出しパルスＸＳＧが与えられないので、中央部の４個のセンサ部１１からのみ信号電荷が垂直ＣＣＤ１３へ読み出される。
【０１４０】
ここで、図４において、ｎ＝１の場合、即ち９倍速撮像モードの場合の動作の概略について説明する。垂直ブランキング期間において、垂直転送クロックＶφ１′，Ｖφ２，Ｖφ３′，Ｖφ４を与えることで、撮像エリア１４における垂直方向の中央部１／３の領域のセンサ部１１の信号電荷のみを垂直ＣＣＤ１３へ読み出す。続いて、この読み出した信号電荷を、フレームシフト動作により、撮像エリア１４の下側１／３の領域にシフトする。
【０１４１】
このフレームシフトが終了したら、引き続いて垂直転送クロックＶφ１′，Ｖφ２，Ｖφ３′，Ｖφ４を与えることで、次のフィールドの中央部１／３の領域のセンサ部１１の信号電荷のみを垂直ＣＣＤ１３へ読み出す。次に、垂直ブランキング期間中の最終水平ブランキング期間において、ラインシフト動作により、最初に読み出した垂直方向の中央部１／３の領域の信号電荷のうち、最初のラインの信号電荷を垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５へ転送する。
【０１４２】
このとき、撮像エリア１４の水平方向における両端側の信号電荷については、先述したように、コントロールゲート部１６によって垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５への転送が阻止される。これにより、１ライン分の信号電荷のうち、撮像エリア１４における水平方向の中央部１／３の領域の信号電荷のみが垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５へ転送される。
【０１４３】
続いて、この水平ＣＣＤ１５へ移された信号電荷を、水平有効期間の前半において、撮像エリア１４の左側のコントロールゲート部１６の下に水平転送する。このラインシフトおよび水平転送の各動作を、中間水平ブランキング期間および水平有効期間において、先に読み出した垂直方向の中央部１／３の領域の全ラインについて行う。これにより、２回目の読み出された信号電荷が、撮像エリア１４の下側１／３の領域にシフトされる。
【０１４４】
続いて、垂直有効期間中に設けられる垂直ブランキング期間において、垂直転送クロックＶφ１′，Ｖφ２，Ｖφ３′，Ｖφ４を与えることで、次のフィールドの垂直方向の中央部１／３の領域のセンサ部１１の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３へ読み出す。そして、水平ブランキング期間において、２回目に読み出した垂直方向の中央部１／３の領域の信号電荷のうち、最初のラインの信号電荷を垂直ＣＣＤ１３から水平ＣＣＤ１５へ転送する。以降、上述した一連の動作を繰り返して実行する。
【０１４５】
上述したように、高速撮像モード時に、垂直方向の一部の領域の信号電荷のみを読み出すようにしたことにより、垂直ブランキング期間に高速にて垂直転送して信号電荷を掃き捨てる動作を行う必要がなく、フレームシフト終了後引き続いて次のフィールドの信号電荷の読み出しを行うことができ、しかもラインシフトによって水平ＣＣＤ１５に転送した信号電荷をコントロールゲート部１６の下に水平転送し、引き続いてラインシフトを行うことができるため、高速垂直転送に起因する時間的ロスが無く、高速撮像を実現できる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、図１に示す第１実施形態のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合について説明したが、図１９に示す第２実施形態のＣＣＤ固体撮像装置やその変形例にも同様に適用可能である。また、垂直方向の一部の領域の信号電荷のみを選択的に読み出すという基本的な技術思想は、上述した如き高速撮像が可能なＣＣＤ固体撮像装置への適用に限定されるものではない。すなわち、撮像エリア１４の水平方向においては制限を加えることなく、垂直方向の任意の領域の信号電荷のみを選択的に読み出すようにしても良い。
【０１４７】
図４０は、本発明の第６実施形態を示す概略構成図である。先に説明した各実施形態においては、ＯＰＢ（オプティカルブラック）の構成については省略したが、本実施形態ではこのＯＰＢの構成を特徴としている。ところで、このＯＰＢは、撮像信号の絶対レベルを決めるために各ラインの信号ごとにその基準レベルとして黒レベルを与えるための領域である。
【０１４８】
図４０において、行（垂直）方向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数のセンサ部８１と、これらセンサ部８１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部８１から読み出しゲート部８２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ８３とによって撮像エリア８４が構成されている。
【０１４９】
この撮像エリア８４において、センサ部８１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。このセンサ部１１に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部８２に読み出しパルスＸＳＧが印加されることにより垂直ＣＣＤ８３に読み出される。垂直ＣＣＤ８３は、例えば４相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
【０１５０】
撮像エリア８４の図面上の下側には、水平ＣＣＤ８５が配されている。この水平ＣＣＤ８５には、複数本の垂直ＣＣＤ８３から１ラインに相当する信号電荷が順次転送される。水平ＣＣＤ８５は、例えば２相の水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ８３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。
【０１５１】
また、複数本の垂直ＣＣＤ８３と水平ＣＣＤ８５との間には、転送制御部としてのコントロールゲート部８６が設けられている。このコントロールゲート部８６は、複数本の垂直ＣＣＤ８３から水平ＣＣＤ８５への信号電荷の転送を水平方向の一部の領域、本例では両端部の領域において選択的に禁止するために、撮像エリア８４における水平方向の両端部に設けられている。
【０１５２】
すなわち、コントロールゲート部８６は、通常撮像モードでは、複数本の垂直ＣＣＤ８３から１ライン分ずつ送り込まれる信号電荷をそのまま全て水平ＣＣＤ８５に転送する一方、高速撮像モードでは、複数本の垂直ＣＣＤ８３から１ライン分ずつ送り込まれる信号電荷のうち、水平方向の両端部の信号電荷については水平ＣＣＤ８５への転送を禁止し、中央部の信号電荷のみを水平ＣＣＤ８５へ転送する。
【０１５３】
水平ＣＣＤ８５の転送先の端部には、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部８７が設けられている。この電荷電圧変換部８７は、水平ＣＣＤ８５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力信号として導出される。
【０１５４】
また、撮像エリア８４の例えば右側には、撮像エリア８４と所定の間隔をもってＯＰＢ８８が配されている。このＯＰＢ８８は、例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなるセンサ部８９と、このセンサ部８９から読み出された読み出しゲート部９０によって読み出された電荷を垂直転送する垂直ＣＣＤ９１とが複数列分（本例では、２列分）設けられ、全面がアルミニウム等の遮光層（図示せず）によって光学的に遮光された構成となっている。このＯＰＢ８８で得られる電荷は、図９に基づく動作説明の際に説明したように、各ラインの信号電荷の後ろに付加されて出力されることになる。
【０１５５】
撮像エリア８４とＯＰＢ８８との間の領域には、撮像エリア８４の垂直ＣＣＤ８３およびＯＰＢ８８の垂直ＣＣＤ９１に４相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４を供給するバスライン９２およびコントロールゲート部８６にコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを供給する信号ライン９３が配線されている。なお、撮像エリア８４内の垂直ＣＣＤ８３に対しては、配線長が長くなることによるクロックの伝搬遅延を低減することを目的として、撮像エリア８４の両側から垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４を供給するようにしている。
【０１５６】
このように、撮像エリア８４から所定の間隔をもってＯＰＢ８８を配したことにより、その間の空白領域を４相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４を供給するバスライン９２およびコントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄを供給する信号ライン９３の配線領域として使用でき、しかもバスライン９２および信号ライン９３を、アルミニウムによって撮像エリア８４およびＯＰＢ８８の遮光層と同じ層として配線できることになる。なお、撮像エリア８４とＯＰＢ８８の間の配線は、コントロール電圧Ｖ‐Ｈｏｌｄの信号線９３（第２，第３実施形態への適用の場合は、ドレイン電圧Ｖ‐Ｄｒａｉｎの信号線を含む）のみとし、垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４のバスライン９２についてはＯＰＢ８８の外側に配線するようにしても良い。
【０１５７】
なお、本実施形態では、ＯＰＢ８８を撮像エリア８４の右側に配し、ＯＰＢ８８の電荷を各ラインの信号電荷の後ろに付加する構成としたが、ＯＰＢ８８を撮像エリア８４の左側に配し、ＯＰＢ８８の電荷を各ラインの信号電荷の前に付加する構成とすることも可能である。このように、ＯＰＢ８８を撮像エリア８４の左側に配した場合には、９倍速よりも低い高速撮像モードのときに、撮像エリア８４とＯＰＢ８８との間の領域（配線領域）の下側の水平ＣＣ８５の部分をバッファとして使用することができるため、効率が良いという利点がある。
【０１５８】
また、撮像エリア８４から所定の間隔をもってＯＰＢ８８を配したことで、その間の領域を配線領域として使用できるという効果を述べたが、配線領域として使用しなくても、次のような効果も得られる。すなわち、ＯＰＢ８８の全面が遮光層によって遮光されていると言っても、ＯＰＢ８８を撮像エリア８４に隣接して形成した場合には、撮像エリア８４側からの斜め入射などによる光の漏れ込みは避けられず、撮像エリア８４側の数画素分の電荷についてはＯＰＢ８８の電荷として使用できない。これに対し、撮像エリア８４から所定の間隔をもってＯＰＢ８８を配することで、撮像エリア８４側からの光の漏れ込みがなくなるので、ＯＰＢ８８の全画素の電荷をＯＰＢ８８の電荷として使用できることになる。
【０１５９】
図４１は、本発明に係るカメラの概略構成図である。図４１において、被写体からの光は、レンズ９４等の光学系によってＣＣＤ固体撮像装置９５の撮像エリアに導かれる。このＣＣＤ固体撮像装置９５として、第１〜第６実施形態又はその変形例に係るＣＣＤ固体撮像装置が用いられる。このＣＣＤ固体撮像装置９５における信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送、通常撮像／高速撮像のモード切り替え、高速撮像時の垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤへの信号電荷の転送阻止などの各種の駆動制御は、駆動回路９６によって行われる。ＣＣＤ固体撮像装置９５の撮像出力は、信号処理回路９７で各種の信号処理が施される。
【０１６０】
このように、本発明によるＣＣＤ固体撮像装置、特に第１〜第５実施形態に係るＣＣＤ固体撮像装置を撮像デバイスとして用いることにより、高速撮像時に、画面中心（光学中心）を基準とした撮像が可能となるため、使い勝手が良く、特に光学ズーム時でも中心ずれを生じることがない。しかも、ＣＣＤ固体撮像装置の消費電力が少ないため、バッテリ駆動に有用となる。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係るコントロールゲート部の平面パターン図である。
【図３】図２のＡ‐Ａ′矢視の断面構造図である。
【図４】コントロールゲート部の配置領域を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る通常動作時のタイミングチャート（その１）である。
【図６】第１実施形態に係る通常動作時のタイミングチャート（その２）である。
【図７】第１実施形態に係る通常動作時のポテンシャル図である。
【図８】第１実施形態に係る９倍速撮像時のタイミングチャート（その１）である。
【図９】第１実施形態に係る９倍速撮像時の動作説明図である。
【図１０】第１実施形態に係る９倍速撮像時のタイミングチャート（その２）である。
【図１１】第１実施形態に係る９倍速撮像時のポテンシャル図である。
【図１２】４倍速撮像が適用された場合の概略構成図である。
【図１３】４倍速撮像時の動作説明図である。
【図１４】４倍速撮像時の出力波形図である。
【図１５】第１実施形態の変形例を示す平面パターン図である。
【図１６】コントロールゲート部の他の例を示す断面構造図である。
【図１７】第１実施形態の変形例における通常動作時のポテンシャル図である。
【図１８】第１実施形態の変形例における９倍速撮像時のタイミングチャートである。
【図１９】本発明の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図２０】第２実施形態に係るコントロールゲート部の平面パターン図である。
【図２１】図１７のＢ‐Ｂ′矢視の断面構造図である。
【図２２】第２実施形態の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図２３】本発明の第３実施形態に係る要部の平面パターン図である。
【図２４】第３実施形態に係る要部の断面構造図であり、（Ａ）は図２３のＡ‐Ａ′線断面、（Ｂ）は図２３のＢ‐Ｂ′線断面をそれぞれ示している。
【図２５】第３実施形態に係る高速撮像時のタイミングチャートである。
【図２６】第３実施形態に係る高速撮像時のポテンシャル図である。
【図２７】第３実施形態に係る通常撮像時のタイミングチャートである。
【図２８】第３実施形態に係る通常撮像時のポテンシャル図である。
【図２９】本発明の第３実施形態の変形例に係る要部の平面パターン図である。
【図３０】本発明の第４実施形態に係る要部の平面パターン図である。
【図３１】第４実施形態に係る要部の断面構造図であり、（Ａ）は図３０のＡ‐Ａ′線断面、（Ｂ）は図３０のＢ‐Ｂ′線断面をそれぞれ示している。
【図３２】第４実施形態に係る高速撮像時のタイミングチャートである。
【図３３】第４実施形態に係る高速撮像時のポテンシャル図である。
【図３４】第４実施形態に係る通常撮像時のタイミングチャートである。
【図３５】第４実施形態に係る通常撮像時のポテンシャル図である。
【図３６】本発明の第４実施形態の変形例に係る要部の平面パターン図である。
【図３７】第４実施形態の変形例に係る要部の断面構造図であり、（Ａ）は図３６のＡ‐Ａ′線断面、（Ｂ）は図３６のＢ‐Ｂ′線断面をそれぞれ示している。
【図３８】本発明の第４実施形態の他の変形例に係る要部の平面パターン図である。
【図３９】本発明の第５実施形態に係る配線パターン図である。
【図４０】本発明の第６実施形態を示す概略構成図である。
【図４１】本発明に係るカメラの概略構成図である。
【図４２】従来例の課題を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１１，５１，８１…センサ部、１２，５２，８２…読み出しゲート部、１３，５３，８３…垂直ＣＣＤ、１４，５４，８４…撮像エリア、１５，５５，８５…水平ＣＣＤ、１６，５６，８６…コントロールゲート部、４１…オーバーフローコントロールゲート部、４２…オーバーフロードレイン部、５８，５８′，５８″…電荷阻止部、５９，５９′，５９″…電荷排出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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